JP2006155964A - 表示装置のバックライト - Google Patents

Abstract

【課題】照明光束内の光線が導光板の入射面に対して大きな傾斜で入射しても、その光線
に対するプリズム面の実効的な角度が殆ど変わらないか、あるいは変化が小さくなるよう
なプリズム形状を与えた導光板を用いること。また照明に用いる光源の数を減らすこと。
【解決手段】液晶表示装置の下側に配置し、照明用光源であるＬＥＤから発生する光束を
側面より入射させ上方に反射して前記液晶表示装置の背面をほぼ均等に照明するための透
明材質より成る導光板において、該導光板の下面には多数のプリズム面が形成されており
、前記プリズムのうち、少なくとも前記光束の入射側にあるものは、前記光束の入射側の
斜面の方向または傾角が、前記光束の入射面に対する位置により変化している形状の導光
板を用いたこと。また前記光源に最も近い少なくとも１個の斜面、谷線、あるいは稜線が
前記光束の入射面に対して凹形状をなしていること。
【選択図】 図１

Description

本発明は液晶表示装置等、光透過性のある表示装置に用いられるバックライトに関する
。より詳しくは、バックライトを構成する主要部材である、光源から入射する光束を表示
装置側へ導くための導光板の下面が有するプリズム面の形状に関する。

図６は従来のバックライトの一例の断面図である。本図の上方に液晶表示装置が位置す
るが、図示を省略してある。１は均質透明な材質より成る導光板で、表示装置の有効面を
カバーする大きさを持つ。２はその下面で、上記液晶表示装置のない側の面である。また
４はその上面で上記液晶表示装置のある側である。３は照明光の入射面であって、導光板
１の側面の一つである。５は光源であるＬＥＤ（白色発光するものが適する）で１個また
は複数個が用いられる。６はそれが発生する照明光の光束に含まれる光線であって、光束
は入射面３に水平および垂直方向に広がりながら入射する。また色々な方向に進む光線６
が導光板１のあらゆる内面で反射を繰り返し、その過程で上方に向かい上面４を透過した
光が表示面を照明する。なお本明細書では、光束とはＬＥＤ５から発して導光板に入射す
る様々な方向の光の総称であり、光線とは前記光束に含まれる特定の方向に向かう光を指
すものとする。

７は反射シートで反射率の高い表面を有し、導光板１の下面２から下方に漏れた光束６
の一部を回収し、上方に（導光板１内に）戻す役割を持つ。８は拡散シートで、照明のた
め導光板の上面４から出た光束に照明ムラを避けるための拡散性を与える。９はプリズム
シート・で、照明光に広角性を与えるため、透明シートの一面を細かく畝状に平行した三
角柱状のプリズム面で覆ったものである。１０はプリズムシート・で、プリズムシート・
とプリズムの畝の方向が直交するように選んであり、これらによって照明光の広角性が異
なる方向にも与えられ、どの方向から見ても光のムラや方向による明るさの差が極力少な
いバックライトの実現を目指している。

図７は従来のバックライトの照明ムラを上面４側から見た状態を示す模式的平面図であ
る。導光板１（拡散シート８、プリズムシート・９、プリズムシート・１０は取り除いて
示した）の平面内において、ハッチングで示した部分２０は正面（上方）から見て明るく
見える領域であり、ハッチングのない輝度不足部２１が入射面側に近い部分に生じており
、バックライトの使用者には照明された面の輝度が不均一であると認識される。輝度不足
部２１の面積を小さくするためには、入射面３に大きい角度で入射する光線６の占める割
合を抑えることやＬＥＤ５の数を増やして隣り合うＬＥＤ５を接近させることが行われて
いた。以下その照明ムラが生じる理由について考察する。

図８は従来の導光板の３面図であり、（ａ）は下面図、（ｂ）はプリズム面を側方から
見た側面図、（ｃ）は入射面側から見た側面図、図９は拡大されたプリズム面の側面図の
一部である。なお（ａ）を下面図としたのはプリズム面を見やすくするためである。まず
従来の導光板１は、入射光束を上面４側（図の下方）へ効率よく反射させるために、下面
２側には図８、図９に示すように、光の入射側の緩い反射面（導光板面に対する傾角α0
）２ａと、その反対側の急傾斜の背面２ｂより成り、それらの作る稜線２ｃを照明光束の
入射面３の辺に平行にした細かい畝状の三角柱状プリズムで覆っている。なお図８、図９
は図示の明瞭化のためやや簡略化と共に誇張されており、導光板下面２に設けた三角柱プ
リズムの本数は実際の製品ではもっと多数である。また角度α0 は大きくなく例えば数度
以内である。

図１０は従来のプリズム面における、光線の水平方向の変化に対する実効的なプリズム
面の角度を表すグラフ（曲線Ｆ）である。横軸にとった光線の角度θは、図８に示す如く
、入射面３に垂直な線Ｄ（ＬＥＤの光束の中心と通常はほぼ一致させる）と導光板１内に
入射する照明光束に含まれる一つの光線６とのなす板面内の角度であり、０°から９０°
の範囲で変化し得る。（ただし実際に９０°に達することはない。）縦軸であるプリズム
の角度αは、その光線６が当たる反射面の、光線６に対する実効的な角度である。

容易に理解できるように、角度αの最大値は成形された成形プリズム角度α0 （図１０
ではα0 ＝２°として描いてある）で、光線６が稜線２ｃに垂直でθ＝０であるとき（光
線６が導光板の入射面３にほぼ垂直に入射するとき）にそうなる。またθ＝９０°におい
ては、入射面２ａは光線と平行になるためα＝０である。それらの中間のθにおいてはお
おむね
α＝α0 ・ｃｏｓθ
に近い曲線Ｆとなる。θ＝９０°では光線６は反射面２ａによって反射されないことを考
慮すると、上面４側に有効に反射される光量は、曲線Ｆと完全に比例することはないにし
ても、図８、図９のような従来例においては角度θと共に、即ち光線６が入射面３に強く
傾いて入射している場合、大きく減少しているものと考えられる。これは照明ムラの大き
い要因をなしているであろうと推察される。また角度θを大きくせずこの傾向を極力補償
するため、導光板１の入射面３側には、近接して数個の光源ＬＥＤを設けねばならなかっ
た。

本発明の目的は、照明用の光束内の光線が導光板の入射面に対して大きく傾斜して入射
しても、その光線に対するプリズム面の実効的な角度が殆ど変わらないか、あるいは少な
くとも従来よりも実効的な角度の変化が小さくなるようなプリズム形状を与えた導光板を
用いた表示装置のバックライトを提供することを主たる目的とする。またその結果を利用
して、照明に用いる光源の数を減らすことのできるバックライトを提供することを從たる
目的とするものである。

本発明の表示装置のバックライトは以下の特徴を有する。
（１）液晶表示装置の下側に配置し、照明用光源であるＬＥＤから発生する光束を側面
より入射させ上方に反射して前記液晶表示装置の背面をほぼ均等に照明するための透明材
質より成る導光板において、該導光板の下面には多数のプリズム面が形成されており、前
記プリズムのうち、少なくとも前記光束の入射側にあるものは、前記光束の入射側の斜面
の方向または傾角が、前記光束の入射面に対する位置により変化している形状の導光板を
用いたこと。

本発明の表示装置のバックライトは更に以下の特徴を有することがある。
（２）前記プリズムのうち、前記光源に最も近い少なくとも１個の斜面あるいは稜線が
前記光束の入射面に対して凹形状をなしていること。

（３）前記プリズムの大部分あるいはすべての斜面または稜線が前記光束の入射面に対
して凹形状をなしている導光板を用いたこと。

（４）前記照明用光源はＬＥＤ１個から成り、前記プリズムの少なくとも一部の斜面あ
るいは稜線が前記ＬＥＤに対してほぼ同心円となる凹形状をなしている導光板を用いたこ
と。

（５）前記導光板内に入射した前記光束と前記導光板の中心軸とが前記導光板の平面図
上でなす角θと、前記光束が到達した前記プリズムの反射面とのなす角αとの関係は、プ
リズムの成形角度をα0 とするとき、
α0 ≧α＞α0 ・ｃｏｓθ
であるように前記プリズム面が設定されている導光板を用いたこと。

本発明のバックライトは、導光板に入射する照明光束内の光線の方向の変化に対してプ
リズムの実効的な角度の変化が小さいので、表示装置における照明ムラが抑えられ、表示
面の全体にわたって輝度の均一性の高い照明が得られる。またこの効果を利用して、照明
光源の個数を減らし、バックライトのコストを低減させることができる。

図１は本発明のバックライトに用いる導光板の第１の実施例を示し、（ａ）は下面図、
（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。なお全ての本発明の実施例を説明するのに、従来例と共通
する要素には同一の記号を用い、改めて説明することを省略することとする。図１におい
て、導光板１の入射面３は導光板１のコーナー部に設け、そこから１個のＬＥＤ５が発す
る照明用光束を導光板に対して斜め方向から入射させている。本実施例のプリズム面は、
反射面２ａと背面２ｂが、光源である１個のＬＥＤ５の発光部位をほぼ中心とする多数の
同心円をなすように形成されている。従って、ＬＥＤ５から発する光線６は、下面図（ａ
）においてどの方向に入射するものも、稜線２ｃにほぼ垂直のままでプリズムの反射面２
ａに到達する。導光板の内面で再反射して到達する光線もあるが、直接到達するものが最
も強く、照明ムラへの影響が大きい。

図３は本発明の実施例１のプリズム面における、光線の水平方向の変化に対する実効的
なプリズム面の角度を表すグラフである。プリズムの反射面２ａに直接到達する光線につ
いて、従来例の図１０と同様に、入射面３への入射角度θに対するプリズムの実効的角度
αのグラフを図３に描いた。本実施例の場合は、どの方向に入射した光線６も、到達した
プリズムの反射面２ａに対してほぼ同じ角度関係となるため、実効的角度αは曲線Ｅ（こ
の場合はほとんど直線となる）で示されるようにほぼ一定（図では従来例と同様に最大値
α0 である約２°）に保たれている。これは従来例よりもバックライトの照明の輝度の均
一性が改善されることを意味している。また光源は導光板１のコーナー部に１個配置する
だけでよいことも自明である。

図２は本発明のバックライトに用いる導光板の第２の実施例を示し、（ａ）は下面図、
（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。本実施例は、１個のＬＥＤ５を光源とし、その位置を導光
板１の左側面である入射面３のほぼ中央に配置した。本例においても、反射面２ａおよび
背面２ｂ稜線２ｃより成るプリズム面は曲面であって、プリズム柱の稜線２ｃはＬＥＤ５
をほぼ中心とする多数の同心円をなす。従って、光線６の任意の一つとプリズムの反射面
２ａとのなす実効的な角度αは、第１実施例において説明したのと同様な理由で、図３に
示すようにほぼ一定α0 のままとなり、本実施例においてもバックライトの照明輝度の均
一性が改善されることと、光源の個数が１個でよいことを示している。

図４は本発明のバックライトに用いる導光板の実施例３を示し、（ａ）は下面図、（ｂ
）はＣ−Ｃ断面図である。また図５はその導光板１の下面側の一部を拡大した斜視図であ
る。本例の導光板１のプリズム面は、その大部分は従来例と同じく入射面３に平行な三角
柱状であるが、入射面３に最も近いプリズムの反射面２ａのみが曲面をなし、しかもその
曲面は光源側に対して凹面としてある。これは最初の入射面２ａとその背面２ｂとの交線
である谷線２ｄの形状が凹状であることで示している。最も光源に近く強い光束が当たる
最初の反射面が凹面であるため、実施例１または２ほどの直接的な効果ではないが入射面
に近く輝度ムラの大きい部位の反射率を高める効果がある。すなわち導光板１の下面２全
面の実効的なプリズム角αは個々の場所で異なるが、平均的に見ると、従来例の式よりは
改善され、最大値α0 に達することはないが、次式は成り立つ。
α＞α0 ・ｃｏｓθ

なお実施例３では光源に対して凹面とするプリズムの反射面２ａを光源側の第１面のみ
としたが、光源に比較的近い複数のプリズム面を光源側に凹面とする構成としてもよい。
この場合でももちろんバックライトの照明輝度の均一性が従来よりも改善される。また、
光源の個数は１個の場合もあり得るが、例え複数であっても従来よりも個数を減らせる場
合がある。

本発明により部品数を増すことなくバックライトの照明ムラが改善されるし、光源の個
数も減らせるかその可能性があるので、表示装置を有する小型電子機器等の品質あるいは
更にコストも改善されるので、産業上極めて有用である。

本発明のバックライトに用いる導光板の第１の実施例を示し、（ａ）は下面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 本発明のバックライトに用いる導光板の第２の実施例を示し、（ａ）は下面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第１および第２の実施例のプリズム面における、光線の水平方向の変化に対する実効的なプリズム面の角度を表すグラフである。 本発明のバックライトに用いる導光板の第３の実施例を示し、（ａ）は下面図、（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。 本発明の導光板の第３の実施例の下面側の一部を拡大した斜視図である。 従来のバックライトの一例の断面図である。 従来のバックライトの照明ムラを示す模式的平面図である。 従来の導光板の３面図で、（ａ）は下面図、（ｂ）はプリズム面を側方から見た側面図、（ｃ）は入射面側から見た側面図である。 拡大されたプリズム面の側面図の一部である。 従来のプリズム面における、光線の水平方向の変化に対する実効的なプリズム面の角度を表すグラフである。

符号の説明

１ 導光板
２ 下面
２ａ 反射面
２ｂ 背面
２ｃ 稜線
２ｄ 谷線
３ 入射面
４ 上面
５ ＬＥＤ
６ 光線
７ 反射シート
８ 拡散シート
９ プリズムシート・
１０ プリズムシート・
２０ 明るい部分
２１ 輝度不足部
α 実効的プリズム角度
α0 成形プリズム角度
θ 光線の入射角度
Ｄ 入射面の垂線
Ｅ 実効的プリズム角度（本発明）
Ｆ 実効的プリズム角度（従来例）

Claims (5)

1. 液晶表示装置の下側に配置し、照明用光源であるＬＥＤから発生する
   光束を側面より入射させ上方に反射して前記液晶表示装置の背面をほぼ均等に照明するた
   めの透明材質より成る導光板において、該導光板の下面には多数のプリズム面が形成され
   ており、前記プリズムのうち、少なくとも前記光束の入射側にあるものは、前記光束の入
   射側の斜面の方向または傾角が、前記光束の入射面に対する位置により変化している形状
   の導光板を用いたことを特徴とする表示装置のバックライト。
2. 前記プリズムのうち、前記光源に最も近い少なくとも１個の斜面ある
   いは稜線が前記光束の入射面に対して凹形状をなしていることを特徴とする請求項１の表
   示装置のバックライト。
3. 前記プリズムの大部分あるいはすべての斜面または稜線が前記光束の
   入射面に対して凹形状をなしている導光板を用いたことを特徴とする請求項１の表示装置
   のバックライト。
4. 前記照明用光源はＬＥＤ１個から成り、前記プリズムの少なくとも一
   部の斜面あるいは稜線が前記ＬＥＤに対してほぼ同心円となる凹形状をなしている導光板
   を用いたことを特徴とする請求項１の表示装置のバックライト。
5. 前記導光板内に入射した前記光束と前記導光板の中心軸とが前記導光
   板の平面図上でなす角θと、前記光束が到達した前記プリズムの反射面とのなす角αとの
   関係は、プリズムの成形角度をα0 とするとき、
   α0 ≧α＞α0 ・ｃｏｓθ
   であるように前記プリズム面が設定されている導光板を用いたことを特徴とする請求項１
   の表示装置のバックライト。
   

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